Poliamid czyli nylon - jedno z najbardziej popularnych tworzyw sztucznych

Wymienne stosowane nazwy poliamid, nylon czy PA określają tworzywo sztuczne o wszechstronnym zastosowaniu. Najbardziej znane to produkcja przędzy, tkanin i dzianin. Jednak włókna nylonowe są używane również do produkcji twardych płyt i wałków, które z kolei można poddawać kolejnym obróbkom, wytwarzając zębatki, łożyska, śruby czy obudowy.  

Jak powstało PA6?

Poliamid to syntetyczny materiał, który został po raz pierwszy opracowany w 1935 roku. Jego twórcą był wybitny chemik Wallace’a Carothersa w Wilmington z laboratorium DuPont. Gotowy materiał trafił do masowej produkcji już w 1938 roku. W czasach Wielkiego Kryzysu w USA prace nad tworzywami sztucznymi rozwijały się prężnie. Nowatorskie wynalazki miały bowiem zastąpić produkty, których brakowało na rynku. Dlatego podjęto próby opracowania niedrogiego materiału odzieżowego. Wymyślony wtedy przez Carothersa nylon był pierwszym tworzywem polimerowym. Początkowo stworzony jako zamiennik jedwabiu, z przeznaczeniem do celów militarnych, zrobił wielką komercyjną karierę. Kiedy tylko wszedł do masowej produkcji zrewolucjonizował prawie każdy aspekt naszego życia. Pokochała go branża dziewiarska, a pierwsze wykonane z PA pończochy nazywano po prostu nylonami. Już pod koniec lat trzydziestych pojawiły się szczoteczki do zębów z syntetycznym włosiem, a niedługo później spadochrony wojskowe.  
Po intensywnych badaniach nad produkcją poliamidu, już w latach czterdziestych wypuszczono na rynek włókna PA. Były dostępne w postaci folii, tworzyw wtryskowych oraz półproduktów do tłoczenia. Natomiast w tym samym czasie w Niemczech opatentowano gatunek PA6. Powstał on przez polimeryzację kaprolaktamu. Potem wszystko potoczyło się już szybko i rozpoczęła się światowa produkcja, która przypadła na lata pięćdziesiąte. Obecnie wśród wszystkich poliamidów najczęściej używanym jest PA6 i PA66 - stanowi 90% globalnego rynku.  

PA6 uważany jest za jeden z najbardziej wszechstronnych materiałów na świecie. Stosowany jest w wielu dziedzinach, od produkcji tkanin do przemysłu lotniczego. Znany nam stretch to także włókna poliamidowe - tkaninom dodają elastyczności. Nylon ma szeroki zakres właściwości, które czynią go idealnym materiałem do różnych zastosowań. Jest on odporny na działanie chemikaliów, łatwy w obróbce i ma wysoką wytrzymałość. Wartością dodatnią jest także jego niewygórowana cena. Porównując go przykładowo z Teflonem czy PEEK, można umiejscowić go na średniej półce cenowej.
Ponadto plastik ten jest lekki i elastyczny. Te uniwersalne cechy sprawiły, że stał się bardzo popularnym i wszechstronnym materiałem.

Gdzie znajdziemy nylon?

W dywanach i wykładzinach, obuwiu, odzieży ochronnej, piłkach do koszykówki, spadochronach, kostiumach kąpielowych, strunach do gitary czy niciach chirurgicznych. Tam wszędzie, i nie tylko tam znajdziemy poliamid. W przemyśle stosowany jest do wytwarzania części i podzespołów takich jak łożyska ślizgowe, koła zębate, rury ciśnieniowe, przeguby, folie i obudowy.
Z powodu swoich właściwości izolacyjnych i dielektrycznych ma także zastosowanie w branży elektrycznej.  Jest stosowany do produkcji gniazdek elektrycznych, bezpieczników i osłon linii przesyłowych. 

Gatunki poliamidów

Występuje kilka rodzajów tego tworzywa, które różnią się parametrami fizycznymi:

Twarde i sztywne to przykładowo - PA 66, natomiast miękkie i elastyczne - PA 12. Ważną cechą, o której należy pamiętać jest brak odporności na wodę. Kiedy pracujemy w środowisku wilgotnym, w zależności od gatunku, absorbuje różną ilość wilgoci (średnia absorbcja na poziomie 6-9%). To ma wpływ na mechanikę, a przede wszystkim na stabilność wymiarową.
Głównym podziałem jest sposób wytwarzania tego tworzywa. Ze względu na proces produkcji rozróżnia się płyty i pręty wytłaczane (ekstrudowane) lub odlewane. Proces odlewania pozwala na otrzymywanie wyrobów o większych wymiarach i wyższym stopniu krystaliczności.
Poliamidy można modyfikować dzięki dodatkom w postaci grafitu, talku, dwusiarczku molibdenu czy włókna szklanego. Napełniacze obniżają nieco elastyczność materiału, ale zmniejszają także chłonność wody, współczynnik tarcia i współczynnik rozszerzalności cieplnej. 

Najbardziej popularnym poliamidem jest PA6

·      ma dobre właściwości tłumiące

·      ma wysoką udarność czyli odporność na pękanie

·      wysoką wytrzymałość na rozciąganie, nawet w niskich temperaturach.

·      cechuje się dobrą odpornością na ścieranie

·      charakteryzuje się większą absorbcją wilgoci (typ odlewany PA6 G ma mniejszą chłonność)

·      poliamid 6 w kolorze naturalnym (jest biały lub w odcieniu kości słoniowej). Może posiadać pigmenty i występować w kolorze czarnym, zielonym czy niebieskim. 

·      jest wytrzymały na wysokie temperatury. Topnieje przy 230°C - 250°C. Sprawdza się w pracy stałej w temperaturach od -30°C do 100°C i w pracy krótkotrwałej przy 120 - 160°C - wszystko zależy od rodzaju i domieszek jakie posiada

·       ma wytrzymałość dielektryczną na poziomie 20-30 kV/mm i może być większa dla innych gatunków

Najczęściej używane rodzaje poliamidu konstrukcyjnego:

PA 6 z dodatkiem MoS2 to tworzywo konstrukcyjne z dodatkiem dwusiarczku molibdenu, który podwyższa jego odporność na ścieranie. Poprawiają się właściwości ślizgowe bez obniżania udarności.

PA 6 G to typ odlewany nylonu. Właściwości zbliżone do PA6 oraz PA 66. Technologia wytwarzania czyli bezpośrednia polimeryzacja w formie, daje możliwość wytwarzania dużych form i odlewów. Posiada dobrą skrawalność, wysoką ciągliwość oraz odporność na pęknięcia.

PA 6 G + olej to typ z dodatkiem oleju mineralnego. Ten materiał zapewnia doskonałe właściwości ślizgowe, szczególnie przydatne do pracy na sucho. Olej jest rozłożony równomiernie, co zapewnia stałe  smarowanie przez cały okres eksploatacji.

PA 6 GF 30 to rodzaj wzmocniony 30% włóknem szklanym. Charakteryzuje się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną i sztywnością. Może być stosowany również w wysokich temperaturach.

PA 66 - tworzywo konstrukcyjne o  większej wytrzymałości mechanicznej, sztywności i odporności cieplnej. Ma także większą odpornością na pełzanie lecz jego udarność i zdolność tłumienia drgań jest mniejsza. Dobrze nadaje się do obróbki mechanicznej na automatach tokarskich.

Dostępne półprodukty z nylonu i ich obróbka

W Alinox dostępne są od ręki:

·      płyty PA6 ekstrudowane w zakresie grubości 1 - 10 mm

·      płyta PA6-G odlewane w zakresie grubości 5 - 100 mm

·      pręty PA6 ekstrudowane o średnicach 15 - 35 mm

·      pręty PA6-G odlewane w zakresie średnic 60 - 300 mm

standardowe wymiary arkusza płyty to 1000 mm x 2000 mm
standardowa długość prętów to 1000 mm długości 
standardowe kolory: naturalny, czarny

Poliamid to materiał, który bardzo dobrze nadaje się zarówno do spawania, jak i do obróbki ze skrawaniem. Można poddawać go frezowaniu, toczeniu, wierceniu czy nawet szlifowaniu. W Alinox bez problemu, można wyciąć formatki, czy dowolne kształty według nadesłanego projektu. Możliwe jest cięcie zarówno płyt z tworzywa sztucznego jak i cięcie prętów. Formatowanie odbywa się na pile Schelling. Wycinanie bardziej skomplikowanych kształtów, według nadesłanego projektu, odbywa się na ploterze.  Zakupu całych płyt i prętów, jak i dowolnych elementów ciętych można przez Dział Handlowy Alinox 

Główne zastosowanie nylonu i kilka uwag BHP

Skupmy się na tym co można zrobić z zakupionych półproduktów - wałków czy płyt. Przede wszystkim wytwarza się z nich części maszyn, takich jak prowadnice, koła zębate, ślimaki, tuleje, rolki, uszczelki, części do przekładni i wiele innych. Najbardziej wykorzystywany jest w branży maszynowej  i budowlanej. Natomiast co raz więcej poliamidu używa się w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym oraz elektrycznym i elektronicznym. Roczne zapotrzebowanie na poliamidy w Europie plasuje się na poziomie powyżej miliona ton. 
Ważną kwestią jest także bezpieczeństwo pracy przy produkcji i przetwarzaniu poliamidu. W procesie wytwarzania poliamidów bierze udział wiele związków chemicznych, część z nich jest toksycznych - działają drażniąco na skórę i błony śluzowe oczu, mają wpływ na płuca. Należy zachować wysokie bezpieczeństwo i wszelkie dostępne środki ochrony w halach produkcyjnych. Natomiast użytkownicy gotowych produktów powinni wiedzieć, że nylon jest tworzywem palnym, a mieszaniny pyłu poliamidowego z powietrzem są wybuchowe. Podczas przetwarzania PA na gorąco wytwarzają się nieznaczne ilości związków lotnych. Dlatego należy pamiętać o odpowiedniej wentylacji pomieszczeń fabrycznych. A proces obróbki w jak największej części powinien być zautomatyzowany.